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深圳市泰立儀器儀表有限公司

45鋼雙頭螺柱斷裂失效分析

時(shí)間:2020-6-12閱讀:2104
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45鋼雙頭螺柱斷裂失效分析

45鋼是一種優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,具有較高的強(qiáng)度和硬度,廣泛應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)制作承受負(fù)荷較大的小截面調(diào)質(zhì)件和應(yīng)力較小的大型正火零件,以及對(duì)心部強(qiáng)度要求不高的表面淬火零件等。本文主要研究了某45鋼M16雙頭螺柱在服役過(guò)程中出現(xiàn)斷裂,并對(duì)斷裂機(jī)理進(jìn)行了研究分析。具體斷裂形貌如圖1所示。

 

斷裂位置位于雙頭螺柱螺紋部位,斷面較為平整,未見(jiàn)腐蝕色彩,裂紋源區(qū)位于螺紋牙底部位,為單一裂紋源;擴(kuò)展區(qū)約占整個(gè)斷面的3/4,說(shuō)明該斷裂雙頭螺柱所受載荷較低;瞬斷區(qū)與斷面呈45°夾角。

 

裂紋起源于螺紋牙底,斷口較為平齊,未見(jiàn)明顯塑性變形,未見(jiàn)腐蝕色彩,斷面呈灰色特征。斷口源區(qū)、擴(kuò)展區(qū)呈疲勞特征;瞬斷區(qū)呈韌窩特征。

 

對(duì)螺柱斷裂位置進(jìn)行取樣,腐蝕劑選用4%硝酸酒精溶液,試樣制備依據(jù)GB/T 13298—2015進(jìn)行,對(duì)制好的試樣進(jìn)行金相分析。

金相分析結(jié)果表明,表層未見(jiàn)脫碳現(xiàn)象,心部為未淬透組織,顯微組織為網(wǎng)狀鐵素體+片層狀珠光體組織,表層為高溫回火組織,無(wú)脫碳現(xiàn)象;非金屬夾雜物主要為C類細(xì)系2級(jí)及DS類1.5級(jí)。

 

 

對(duì)拆卸下來(lái)的雙頭螺柱,進(jìn)行破壞拉力和硬度分析。

 

該斷裂件和拆卸下來(lái)的完好件,破壞拉力和硬度值均滿足8.8級(jí)螺栓硬度值要求,但硬度值存在不均勻現(xiàn)象,處于標(biāo)準(zhǔn)值下限。

 

 

該斷裂件斷口為疲勞斷口,未見(jiàn)氧化腐蝕色彩,如圖4所示;顯微組織不均勻,心部為鐵素體+珠光體組織,表層為回火索氏體結(jié)構(gòu),存在未淬透現(xiàn)象;螺紋牙側(cè)非承載面中徑以上存在折疊,牙根部位有折疊等不連續(xù)性缺陷;單件硬度值表層和心部相差較大,平均值處于標(biāo)準(zhǔn)值下限。

 

通過(guò)觀察斷裂雙頭螺柱外表面,裂紋源區(qū)相對(duì)的表面鍍層局部磨損較為嚴(yán)重;說(shuō)明雙頭螺柱在使用過(guò)程中存在偏載現(xiàn)象,造成局部應(yīng)力集中。

 

綜上所述,該45鋼雙頭螺柱在服役過(guò)程中發(fā)生斷裂,斷裂形式為單源疲勞斷裂;淬火過(guò)程中存在未淬透現(xiàn)象,顯微組織為非單一均勻回火索氏體結(jié)構(gòu);存在安裝偏載現(xiàn)象[1],在后期服役中受力不均勻,造成螺紋根部局部應(yīng)力集中,受到反復(fù)交變載荷作用,致使裂紋萌生直至斷裂。

 

建議加強(qiáng)對(duì)45鋼雙頭螺柱熱處理工藝控制,GB/T 3098.1—2010規(guī)定對(duì)8.8級(jí)性能等級(jí)用的材料,應(yīng)有足夠的淬透性,以確保緊固件螺紋截面的心部在淬硬狀態(tài),回火前獲得約90%的馬氏體組織,因此建議選用淬透性更好的合金結(jié)構(gòu)鋼,保持顯微組織的一致性;進(jìn)一步對(duì)安裝過(guò)程進(jìn)行控制,確保螺柱在服役過(guò)程中受力均勻。

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